全膝関節形成術後のバランス機能のための視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングと従来のリハビリテーションの組み合わせ

サマリー

本プロトコルの目標は、従来のリハビリテーショントレーニングと視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングを組み合わせることで、全膝関節置換術後のバランス機能を向上させることです。

要約

本プロトコルの目的は、一次片側全膝関節形成術(TKA)を受ける高齢患者において、従来のリハビリテーションと視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングを組み合わせることの実現可能性と有効性を調査することです。この方法は、一次片側TKAを受けている60人の患者(男性23名、女性37名)を対象とした単盲無作為比較試験を示しています。参加者は無作為に対照群(n=30歳;平均年齢69.60±2.98歳)または観察群(n=30歳;平均年齢70.87歳±4.26歳)に割り当てられました。対照群は従来のリハビリテーションを受け、観察群は従来のリハビリテーションと視覚フィードバックバランスプラットフォームのトレーニングを受けました。視覚的フィードバック介入は術後2週目に開始され、週5回、1回あたり20〜30分ずつ、5週間にわたって実施されました。バランス機能はプラットフォーム固有の指標、すなわち運動軌跡の長さ(LMT)と運動楕円面積(AME)を用いて評価されました。機能的可動性は、タイムアップ・アンド・ゴーテスト(TUGT)、片足立ち(SLS)、タイミング式座って立つテスト(STS)、タイミング階段テスト(TST)によって評価されました。データは独立検定およびペアt検定を用いて解析され、有意水準はp <0.05でした。6週間プログラム終了後、両群ともベースラインと比較してすべてのパラメータで有意な改善が見られました(p < 0.05)。しかし、観察群は対照群に比べて有意に優れたアウトカムを示しました。具体的には、静的安定性指標(LMT、AME)およびTUGTの性能は観察群で有意に良好でした(p < 0.01)。同様に、観察群は対照群と比較してSLS、STS、TSTで有意な改善を示しました(p < 0.05)。視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングを従来のリハビリテーションと統合することで、高齢のTKA患者における静的および動的バランス機能が大幅に向上し、従来のリハビリ単独よりも優れた効果が示されました。

概要

膝の変形性関節症(KOA)は、世界中の40歳以上の約23%に影響を及ぼす一般的な変性性筋骨格系疾患であり、慢性的な痛み、関節の可動性の制限、バランスおよび固有受容感覚の障害、異常な歩行、そして全体的な機能低下を特徴とします^。診断や治療技術の進歩にもかかわらず、高齢化と肥満率の増加により、KOAは依然として重要な公衆衛生上の課題となっています。全膝関節置換術(TKA)は末期KOAに対する効果的な介入であり、痛みを緩和し機能向上に寄与します^。しかし、多くの患者が術後も機能的制限を経験し続けていることが示唆されており、歩行速度が平均18%低下し、階段昇^降速度が最大51%低下するなど3。特筆すべきは、TKA患者の約40%が依然として高い転倒リスクを抱えており、術前レベル⁴と同等であり、しゃがみ、横方向の動き、⁵歳の回転などの機能的活動において著しい困難を示しています。

全膝関節置換術術(TKA)後の術後リハビリテーションは、機能回復、痛みの緩和、そして患者の日常生活における自立性向上に^{不可欠です。}主な目標は可動域(ROM)の最大化と関節周囲筋の強化であり、最終的には日常生活活動(ADL^)の改善を目指します7。膝の安定性とバランスコントロールは、完全な固有受容感と効率的な神経筋制御に依存しており、TKA後の最適な結果を得るために非常に重要です。

視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングシステムは、定量的なバランス評価とターゲットを絞ったエクササイズ8を組み合わせた、視覚フィードバックベースのトレーニング^{デバイスです。}このプロトコルは、部分的な体重維持能力を持つ高齢のTKA後患者を対象としています。しかし、安全性と実現可能性を確保するために、重度の認知障害(MMSE < 24)や自立できない患者は除外しています。圧力中心(COP)の動きに対するリアルタイムの視覚フィードバックを提供することで、感覚運動制御ループを強化するために多方向かつタスク志向のエクササイズを患者に導きます。従来の主観的リハビリテーションと比較して、このアプローチは即時の誤り訂正のための外部的な注意の焦点を提供することで運動学習を強化します。視覚フィードバックトレーニングは脳卒中やパーキンソン病などの神経リハビリテーション集団で有効性が示されていますが、その特定の適用法とTKA後のバランス回復のための標準化されたプロトコルについてはさらなる調査が必要です。したがって、本プロトコルの目的は、TKA患者の静的および動的バランス安定性の定量的な改善を促進する標準化された視覚フィードバックトレーニング法を示すことであり、従来の主観的リハビリテーションの限界に対処することです。

プロトコル

この研究プロトコルは徐州医科大学付属病院の倫理委員会(承認番号:XYFY2024-KL316-01)から承認され、全参加者からインフォームド・コンセントが取得されました。

1 .研究デザインと参加者選定

1. 単一盲検と対照群を用いたランダム化比較試験を用いて、プログラムの実現可能性と有効性を評価します。2024年1月から2025年6月までに徐州医科大学付属病院整形外科で一次片側全関節置換術(TKA)を受けた合計60名の患者を研究対象として選定します。
2. 患者をランダムな数値表を用いて、対照群(n=30)と観察群(n=30)にランダムに割り当てます。配分は連番の不透明な封筒で隠す。器具の詳細は 材料表に記載されています。
3. 適格性審査
   1. 対象条件:片側TKAを初めて受けている患者を対象とします。年齢≥65歳;警戒心があり、正常な認知機能(Mini-Mental State Examination(最小精神状態検査(MMSE)スコア>24)、聴覚障害がなく、効果的なコミュニケーション能力を持つ。インフォームドコンセントフォームに署名し、研究期間中のフォローアップ参加を約束しています。
   2. 除外基準:心臓、肝臓、肺、腎臓などの重要臓器に重度の機能不全を負っている患者を除外します。不安障害、うつ病と診断された患者、または長期間精神科薬を服用している患者;参加者は同時に他の介入的臨床試験に登録しました。また、脳卒中や重度の末梢神経障害など、バランス機能を著しく損なう可能性のある他の神経疾患を持つ参加者も含まれます。
4. ランダム化と盲化
   1. 標準的な乱数表法を用いて患者をランダムに対照群(n=30)と観察群(n=30)に割り当て、完全なランダム化を確保し選択バイアスを排除します。配分は連番の不透明な封筒で隠す。この研究は単一盲検法(評価者をグループ割り当てに盲検化し、 図1)。

2 .ベースライン評価

1. 視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングシステム評価:視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングシステムを用いて、両足立姿勢でテストを実施します。開眼・閉眼状態の両方でCOPパラメータ(LMT(mm)およびAME(mm²)を記録します。各試験は30秒続き、3回繰り返して平均値を取る。LMTの場合、長さが長いほどバランス関数が弱くなります。AMEの場合、面積が大きいほどバランス機能が低下します。2つのパラメータの値が小さいほど、より良いバランス関数を示します。
   注:開眼状態は完全な感覚統合を伴うバランスを評価し、閉眼状態は視覚入力を排除することで固有受容感覚および前庭の寄与を分離します。
2. TUGT:患者に標準的な椅子(座面高さ約46cm)から立ち上がり、3mまっすぐ歩き、振り返って戻り、再び座るよう指示します。練習は一度だけ許可してください。正式なテストを2回行い、平均時間を記録します。テスト中は身体的な支援を一切行わないでください。
3. SLS:片脚の静的バランス能力を評価します。患者さんに両手を自然に両手の横に垂らして立ってもらいましょう。片足は膝を曲げて約15〜20cm持ち上げ、両脚は接触を避けます。患者が片足で安定を維持し、持ち上げた足が地面に触れず、支持脚が動かない時間(s単位)を記録します。手術側の片脚の立ち位置を目を開けた状態でテストしてください。テストを2回行い、分析には最適な値を使いましょう。値が大きいほど、より良いバランス機能を示します。
4. TST:患者が安全かつ迅速に4段の階段(各段差約17〜18cm)を上下するのに必要な合計時間(s単位)を記録します。この検査は機能的可動性、筋力、動的バランスを反映しています。テストを1回行ってください。小さい値はバランス関数が優れていることを示します。

3 .TKA後の従来型リハビリテーション訓練

注:対照群と観察群の両方の患者がこのトレーニングを受けました。

1. ステージ1(手術後1〜7日)
   1. 足首ポンプ運動を1回5回、1セットあたり5〜10回、1日4〜5セットの準備をしましょう。
   2. 関節可動トレーニング:膝屈曲角度制限<90°の持続的受動的動作補助トレーニングを1日1回、1回20分間実施します。1セットに5〜10回、1日に2〜3セットのアクティブ膝伸展エクササイズを行いましょう。
   3. 臀部筋、大腿四頭筋、ハムストリングスなどに対して、1セットに5〜10回、1日2〜3セットの等尺性収縮運動を行いましょう。
   4. 深呼吸、咳のエクササイズ、上肢のストレッチや胸の拡張エクササイズを1セットあたり5〜10回、1日2〜3セットで行います。
   5. トランスファートレーニング:許容範囲内で、ウォーカーを使って1日1回、1セッションあたり10分間の段階的な荷重移動運動を行います。
   6. 理学療法:内側および外側の太ももの筋肉に電極を装着し、1日1回、20分間のセッションで大腿四頭筋の活性化を促進する神経筋電気刺激(NMES)治療を行います。
   7. 痛みと腫れの管理:トレーニング後は1回1回、1回25分ずつ影響を受けた膝に氷を当てます。
2. ステージ2(手術後2〜6週間)
   1. 膝蓋骨可動のための関節可動性トレーニング:1日5〜10分、膝の屈曲・伸展運動を行い、徐々にパワーサイクリングトレーニングへ移行します。
   2. 筋力トレーニング:臀部、大腿四頭筋、ハムストリングスを対象にアイソメトリックなエクササイズを行い、徐々にクローズドチェーン動作(マイクロスクワットや座って立つ動作)とオープンチェーン動作(座った膝の伸びなど)を組み合わせたレジスタンストレーニングへと進めます。1セットあたり1セットに10〜20回、2〜3セットずつ。
   3. 立っているバランストレーニング:両足で立っている間も静的安定性を保ちます(最初は影響を受けた膝に中程度の外部サポートが提供されることがあります)。開眼状態から目を閉じた状態に移行する訓練を1日5〜10分ずつ行ってください。
   4. 基本的な動的バランストレーニング:片足で立つ(健康な側/影響を受けた側);重心を前後左右にシフトし、横に歩くこと;1日10〜20分のその場での行進。

4 .視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニング

注:この訓練を受けたのは観察グループのみです。

1. 研修開始日時と期間:安全性および標準的な臨床リハビリテーション段階に基づき、^術後2 週目に介入開始を予定します。1^週間目 は急性創傷治癒、浮腫管理、DVT予防のために予約してください。アクティブ視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングは体重を支える必要があり、2週目(ステージ2の従来型リハビリテーション開始に合わせて)から開始し、患者の安全と寛容性を確保します。週5回トレーニングを行い、各回20〜30分(セット間の休憩も含む)で、合計5週間続けます。
2. 患者ごとに、氏名、年齢、入院番号、診断、その他関連する医療情報を含む個別のプロフィールを作成します。
3. 各プログラムの正しい操作方法を説明し、実演することで、患者が研修の目的を完全に理解できるようにしましょう。
4. 患者のバランス機能と身体の耐性に基づいて適切なトレーニングプランを選択してください。各プログラムのトレーニング期間や難易度などのパラメータを設定しましょう。
5. 訓練の難易度を単純から複雑に、訓練の時間を短くから長くします。視覚アナログスケール(VAS)を用いて痛みを評価し、Borg Rating of Perceived Exertion(RPE)を用いて疲労を評価します。トレーニング中にVASスコアが5>またはRPEが13>の場合は、トレーニング強度を下げるかセッションを即時停止してください。
6. 患者に装置の前に立ち(図2)、両足でバランスボードに立つよう指示します。患者に機能的な立姿勢を取ってもらいます。足首の内側は赤い水平線(A3-A7の水平軸より3cm下)を通り、両足は肩と腰に平行で、足のかかとは同じ水平軸上にあります(図3)。
7. 視覚フィードバックバランスプラットフォームのトレーニングは以下の通り実施します。
   1. ステージ1(トレーニングの約1〜2週目):主に静的バランスのコントロールに焦点を当て、患者の静的安定性機能の向上に注力します。
   2. トレーニングモード:静的安定性トレーニングモードを使いましょう。Visual Feedbackバランストレーニングシステムをオンにし、以下の手順に従ってください。
   3. 評価メニューにアクセスし、「 静的安定性評価」を選択してください。トレーニングモードとパラメータを設定し、 オプション をクリックして設定インターフェースに入ります。一般設定のロケーションオプションで 「静電気」を選択します。時間オプションで 「トレーニング (s)」を選択してください。
   4. パラメータ選択では、連続オプションから 「シングル 」を選択します。患者の静的安定性評価の結果に基づいてトレーニング範囲を設定します。座標系の原点を軸、前後方向(Y軸)および横方向(X軸)の平均揺れ振幅を直径とする円形のトレーニング領域を定義します。
   5. X軸またはY軸の 対応スケール をクリックしてトレーニングエリアを生成すると、システムは原点を中心とした円形の範囲を自動生成し、設定値を半径として座標系内に表示します。
   6. 訓練を始めましょう。患者さんにバランスボードの上に立ってもらい、 スタート ボタンを押してください。患者は体重を移動させて画面上のカーソル(+)を操作し、その範囲内に体重を保持します。カーソルがこの領域の外に動くと、システムはビープビープの警告を発します。パラメーターは1セッションあたり3〜5セット、セットあたり3分、セット間は1〜2分の休憩を取るように設定します。円の面積を減らして訓練の難易度を上げましょう。
   7. ステージ2(トレーニング2〜3週目):下記の二足歩行動的安定モードを用いて、静的コントロールから動的安定性への移行のために動的姿勢安定性を行います。
   8. Visual Feedbackバランストレーニングシステムをオンにし、以下の手順に従ってください。
   9. 評価メニューにアクセスし、メニュー内の 安定性制限 ボタンをクリックしてください。トレーニングモードを設定し、静的トレーニングと動的トレーニングの2つのオプションがあります。静的トレーニングはバランスボードを固定し、動きを防ぎます。ダイナミックトレーニングはバランスボードを解放し、その硬さレベルを1から50の範囲で調整する必要があります。
   10. 訓練を始めましょう。患者に両足をバランスプラットフォームに置いて立ち、カーソル(+)を操作するために、患者の体重を移動させてランダムに現れる点滅するターゲットポイントに触れさせます(図4)。1セッションあたり8〜10セットのパラメータを設定し、セット間は1〜2分の休憩を取ります。トレーニング結果で基準値の75%が達成された場合、この基準を用いて次の段階に進みます。
   11. ステージ3(トレーニング3〜5週目):複雑で課題特化した活動を通じて神経筋協調を強化するため、タスク指向の複雑なコントロールを実施します。ゲーミフィケーションされたシナリオ(例:シミュレートスキー、射撃場、フライトコントロールなど)を活用しましょう。
   12. トレーニング方法:患者にインタラクティブなゲーム環境内で障害物を移動したりターゲットを捕獲したりするための動的な体重移動を行わせます。Visual Feedbackバランステストとトレーニングシステムを開き、ゲームメニューからトレーニング方法を選択します。
   13. SKIモジュールをクリックしてください。システムがトレーニング設定ページを表示します。以下の3つのパラメータを順に設定します:トレーニングモード:Static = バランスボードをロック、Dynamic = バランスボードの解除;難易度レベル = イージー、ミディアム、ハードの3レベルに分かれています。
       ウエスト、シングルレッグ、座りの3つのオプションがあります。まず静的モードから始め、簡単なレベルから難しいレベルへと徐々に進んでいきます。トレーニングエリアでは、両足をバランスボードに置いたウエストを選択します。トレーニング中、患者は体重を移動させてゲーム内のキャラクターを操作し、サイドレールに触れないようにしてゴールラインに無事到達を目指します。
   14. 射 撃場 モジュールをクリックしてください。ポップアップページはスキーのスロープモジュールと似た機能を持ちます。適切なゲームトレーニングパラメータを選択したら、トレーニングを開始します。トレーニング中、患者は体重を移動させることでランダムに現れるターゲットを排除します。
   15. セッションごとに1〜2種類のタスクモジュールをパラメータ設定します。患者が静的モードで簡単な課題から難しい課題までトレーニングを完了できるようになったら、次は動的トレーニングをシンプルから難しい課題へと進めます。スキーゲームのトレーニングの進歩は、患者がゲームの重心をコントロールし、ゲームインターフェース内のキャラクターがサイドレールに触れないようにする能力で測られます。射撃場でのゲームトレーニングの進歩は、患者がゲームインターフェースで目標を完全に命中させるために重心をコントロールできるかどうかで測定します。
8. 患者の機能が回復し、患者のパフォーマンスと理学療法士の評価に基づいて定期的にトレーニングプランを再構成し、トレーニングの難易度や期間を調整してください。

5 .フォローアップ手順

1. 6週間の治療後、開眼・閉眼状態のLMTおよびAMEを含む全患者を再評価します。TUGT、SLS、STS、TST です。これらの再評価は同じ理学療法士によって行われました。

6 .データ分析

1. すべてのデータをSPSS 20.0で分析してください。正規性検定:すべての変数の正規性を検定するためにコルモゴロフ・スミルノフ統計量を用います。
2. ベースライン比較:一方向分散解析(ANOVA)またはχ²検定を用いて、ベースラインで人口統計学的および臨床的特徴の差を計算します。
3. アウトカム解析:ペアードサンプルt検定を用いて、グループ内の変化(介入前・後)を比較します。介入後の対照群と観察群を比較するために独立標本t検定を用いてください。p値に加えて、平均差(MD)、95%信頼区間(95%信頼区間)、効果量(コーエンズd)を計算し、治療効果の大きさと精度を定量化します。
4. 有意性:p値<0.05を統計的に有意なものとみなします。

結果

合計60名の患者が登録され、無作為に対照群または観察群に割り当てられました(表 1)。基準特性は厳しく管理されました。性別、年齢、疾患期間、病変側において統計的に有意な差はなく(p> 0.05)、ベースラインでは両グループが類似していることを示しました(表 1)。

研究期間中に10件の有害事象(例:転倒、めまい、痛みの再発)が報告されました。安全停止基準(VAS > 5またはRPE > 13)を発動した参加者はいませんでした。観察群の出席率は93.75%、対照群では90.91%でした。トレーニングセッションは、標準化された指導提供とプロトコルの忠実さを確保するために、シニア理学療法士の監督のもとで行われました。すべての参加者がフォローアップ評価を完了しました。

訓練中、装置の安定性レベルは中間レベルに設定され、障害物の密度は中程度でした。介入前は、開眼・閉眼...

ディスカッション

本研究の結果は、視覚フィードバックバランスプラットフォームトレーニングを従来のリハビリテーションに統合し、6週間のトレーニングプログラムを行うことで、片側TKA手術を受けた患者のバランス機能を大幅に改善し、従来のリハビリ単独よりも臨床的効果が優れていることを示しています。

バランス機能とは、人間の高度な神経筋制御能力を指し、重心の安定性を維持し、正確な姿勢を制御し、静的環境と動的環境の両方で転倒を防ぐことを指します。その維持は、視覚、前庭、固有受容感覚の正確な入力、中枢神経系の効率的な統合、そして神経^筋系の協調運動出力に大きく依存しています9。TKA手術では、固有受容器を豊富に含む関節構造(前十字靭帯や半月板など)が広範囲に切除または変異されます。術後の痛み、腫れ、関節性筋抑制、早期の活動制限と相まって、これらの要因は患者の膝関節固有受容感覚入力効率を著しく低下させ、神経筋制御能力を弱めます³。これらの病態生理学的変化は...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
下肢関節リハビリテーション装置	徐州康邁医療機器技術有限公司	030805000067
親親制度	テクノボディ社、イタリア	030899000212